aarhus maskinmesterskole · 2013. 12. 15. · aarhus maskinmesterskole morten lund jepsen 2...

Aarhus Maskinmesterskole

Morten Lund Jepsen

0

Bachelorprojekt

Morten Lund Jepsen

Hewlett-Packard


Morten Lund Jepsen

1

Titelblad

Titel: Indeklima ombord på Spica

Emne: Analyse af klimaskærm

Fagområde: Varmetransmission, klimaforhold, køleteknik og ventilation.

Uddannelsessted: Aarhus Maskinmesterskole

Uddannelsesnavn: Maskinmester

Vejleder: Martin Alsted Hansen

Firma: DanPilot

Kontaktperson: Michael Sørensen

Art: Bachelorprojekt

Antal normalsider: 30,9 sider (74095 anslag)

Antal bilag: 9 stk.

Forfatter:

________________________________________________________

Morten Lund Jepsen

Studienummer: M11267


Morten Lund Jepsen

2

Abstract The purpose of this report is to solve a problem found during undergraduate internship at DanPilot.

The thermal indoor climate, onboard the fleet of pilot vessels, is not satisfying. Especially during

the summer, there are complaints about high temperature inside the vessels. DanPilot’s fleet

consists of mainly two types of vessels. The newest type of vessel is the basis for the analysis and

solutions. This vessel is a 15-meter, two levels, fast going boat, with hulls made of aluminum and

outfitting in fiberglass, equipped with 2 x 500 hp diesel engines. This project's main focus is the

analysis of the pilot vessel building envelope, which should help to clarify the effect of various

relevant solutions. The analysis must reflect reality as far as possible. The theory used in the

analysis of the pilot vessel building envelope, is bounded to the primary elements and not an in-

depth analysis, which can not necessarily be regarded as complete.

In the end of the project a solution will be suggested. This solution will not be decisive, but provide

a recommendation for a solution. If the proposed solution is accomplished, additional information

should be clarified. The way against a solution, will go through a theoretical analysis of the pilot

boat building envelope, to form the basis for a theoretical prediction of the cooling load. In support

of the theory, the practical measurements on the given vessel and an analysis of these data form the

basis for the design and choice of components. The author will assess the claims of literature and

opinions, but not all are described in the report.

Comfort climate will, as a lower bar, comply with the Maritime Administration's regulations.

Comfort is an individual view and that will be taken into account in the analysis. For these

individual requirements, the specification of comfort climate will be based on the Maritime

Administration's regulations, labor inspectors, relevant literature and DanPilot’s experiences. The

solution to the problem is assessed through an extensive brainstorming and resulting balancing of

the pros and cons. It is clear that the two approaches; increased insulation and curtain have a

positive effect. Both summer and winter, they halved the actual requirement. It can be an eye-

opener, in relation to the proposed solution. Next the cooling capacity is increased by an air to air

roof mounted unit. The Unit is 24 V DC and can easily be installed.


Morten Lund Jepsen

3

Indholdsfortegnelse Abstract ............................................................................................................................................................. 2

Forord ................................................................................................................................................................ 5

Kapitel 1 - Introduktion ..................................................................................................................................... 6

1.0 Rapportens indhold og struktur .............................................................................................................. 6

Kapitel 2 - Indledning ......................................................................................................................................... 8

2.1 Praktikvirksomhed ................................................................................................................................... 8

2.2 Aktualitet. ................................................................................................................................................ 8

2.3 Projektbeskrivelse ................................................................................................................................... 9

2.3.1 Køl ..................................................................................................................................................... 9

2.3.2 Varme ............................................................................................................................................... 9

2.4 Krav til projektet .................................................................................................................................... 10

2.5 Problemformulering .............................................................................................................................. 10

2.6 Afgrænsning ........................................................................................................................................... 10

Kapitel 3 - Metode ........................................................................................................................................... 11

Kapitel 4 - Forudsætninger .............................................................................................................................. 12

4.1 Komfortfaktorer..................................................................................................................................... 12

4.1.1 Udefrakommende faktorer ............................................................................................................ 12

4.1.2 Indefrakommende faktorer ............................................................................................................ 13

4.1.3 Energifaktorer ................................................................................................................................. 14

4.2 Hvordan måler man komfort? ............................................................................................................... 14

4.3 Detaljeringsgrad .................................................................................................................................... 15

4.4 Skibstyper .............................................................................................................................................. 15

4.5 Vejrdata ................................................................................................................................................. 16

Kapitel 5 - Model af Båd .................................................................................................................................. 17

5.1 Symbolliste ............................................................................................................................................ 18

5.2 Skibstype ................................................................................................................................................ 19

5.2.1 Data ................................................................................................................................................ 19

5.2.2 Skitse ............................................................................................................................................... 19

5.3 Modelberegninger og opsætning .......................................................................................................... 20

5.3.1 Generelt .......................................................................................................................................... 20

5.3.2 Temperaturdifferens ...................................................................................................................... 21


Morten Lund Jepsen

4

5.3.3 Varmefylde ..................................................................................................................................... 22

5.3.4 Transmissionstab ............................................................................................................................ 23

5.3.5 Ventilationstab ............................................................................................................................... 24

5.3.6 Solindfald ........................................................................................................................................ 26

5.4 Validering ............................................................................................................................................... 29

5.4.1 Resultater ....................................................................................................................................... 30

5.4.2 Diskussion ....................................................................................................................................... 30

5.5 Delkonklusion ........................................................................................................................................ 31

Kapitel 6 - Målinger ......................................................................................................................................... 32

6.1 Før målinger ........................................................................................................................................... 32

6.1.1 Anlægsbeskrivelse .......................................................................................................................... 32

6.1.2 Målinger .......................................................................................................................................... 34

6.2.2 Køl ................................................................................................................................................... 36

6.3 Validering ............................................................................................................................................... 37

6.4 Delkonklusion ........................................................................................................................................ 38

Kapitel 7 - Løsningsforslag ............................................................................................................................... 40

7.1 Opsummering ........................................................................................................................................ 40

7.2 Fokus ...................................................................................................................................................... 40

7.2.1 Køl ................................................................................................................................................... 40

7.2.2 Varme ............................................................................................................................................. 40

7.3 Brainstorm ............................................................................................................................................. 40

7.3.1 Fase 1 .............................................................................................................................................. 41

7.3.2 Fase 2 .............................................................................................................................................. 42

7.3.3 Fase 3 .............................................................................................................................................. 42

Kapitel 8 – Valg af Løsning ............................................................................................................................... 52

Kapitel 9 - Konklusion ...................................................................................................................................... 54

Litteraturliste ................................................................................................................................................... 55

Bøger: .......................................................................................................................................................... 55

Internet: ....................................................................................................................................................... 55

Bilag findes bagerst. ........................................................................................................................................ 56


Morten Lund Jepsen

5

Forord Denne rapport er udarbejdet efter praktikophold hos DanPilot. Rapporten er skrevet som afsluttende

bachelorprojekt på maskinmesterstudiet. Under praktikopholdet har specielt én problemstilling,

fanget forfatterens opmærksomhed. Praktikken gav mulighed for at indlede brainstorm og

dataindsamling. Problemet er blevet diskuteret med de tekniskansvarlige herunder blandt andet,

forholdene omkring nuværende og fremtidig drift af bådene. Projektet er fremstillet af undertegnet,

med støtte fra vejledere og anbefalinger fra branchefolk.

Denne rapport er skrevet til maskinmestre og andre med tilsvarende teknisk forståelse.

Grundlæggende forståelse af termodynamik er nødvendigt for fuldt udbytte af rapportens indhold.


Morten Lund Jepsen

6

Kapitel 1 - Introduktion Rapporten er udarbejdet med målet om at løse en problemstilling, som DanPilot har forsøgt løst

gennem en årrække. DanPilot har gennemgået store ledelsesmæssige omstruktureringer gennem de

seneste år, og mange projekter fra tidligere har derfor stået uløst. Det termiske indeklima har længe

været et fokus område hos DanPilot, men problemet er aldrig kommet til livs trods hjælp fra

eksterne kølemontører og løsningsforslag fra driftspersonalet. Det termiske indeklima er ikke

tilfredsstillende, især om sommeren, hvor der enstemmigt klages over høje inde temperature. ”Det

er som at være i et drivhus” udtaler bådsmand fra Hals. DanPilots flåde består af primært to typer.

Den nyeste model danner grundlag for analyse og løsningsforslag. Denne type er en hurtiggående

motorbåd på 15 meter, med skrog i aluminium og to plans aptering i glasfiber, drevet 2 x 500 hk

dieselmotorer. Projektets fokus er analysen af lodsbådens klimaskærm, som skal hjælpe til at

klarlægge effekten af forskellige relevante løsningsforslag.

1.0 Rapportens indhold og struktur Kapitel 1 Introduktion. Appetitvækker, der giver overordnet forståelse af projektets emne og

tilgang til dets problemstilling.

Kapitel 2 Indledning. I dette afsnit redegøres for virksomheden og problemstillingens omfang og

aktualitet.

Kapitel 3 Metode. Beskrivelse af metodevalg, herunder fremgangsmåde, opsamling af ny viden og

begrundelse af valg.

Kapitel 4 Forudsætninger. De indledende faktorer ridses op og danner yderligere forståelse af

problemstillingens omfang og fokus områder.

Kapitel 5 Model af båd. Her foretages analyse af lodsbåden, med en detaljeret beskrivelse af

fremgangsmåde af beregninger og overvejelser.

Kapitel 6 Målinger. Data opsamling og behandlinger heraf beskrives. Udregninger med

efterfølgende delkonklusion.

Kapitel 7 Løsningsforslag. Brainstorm går forud for flere løsningsforslag, som gennem afvejning

skal afgrænses til et samlet løsningsforlag.

Kapitel 8 Valg af Løsning. Det samlede løsningsforslag beskrives. Overvejelser ud fra de


Morten Lund Jepsen

7

opstillede krav beskrives.

Kapitel 9 Konklusion. Projektets resultater opsummeres med med udgangspunkt i

problemformuleringen.


Morten Lund Jepsen

8

Kapitel 2 - Indledning I dette afsnit redegøres for virksomheden, samt problemstillingens omfang og aktualitet. Dernæst

vil projektbeskrivelsen med problemformulering og afgrænsning blive bekskrevet.

2.1 Praktikvirksomhed Danpilot er en selvstændig enhed under Erhvervs- og Vækstministeriet, hvor Søfartsstyrelsen er den

tilsynsførende myndighed. Folketinget vedtog i maj 2013 ’Lov om DanPilot’, der omdanner

lodseriet til en selvstændig offentlig virksomhed med egen bestyrelse. Målet for virksomheden er at

sikre de danske farvande mod ulykker, der kan få fatale miljømæssige konsekvenser. DanPilot har

forsyningspligt på lodsning i Danmark og varetager alle gennemsejlingslodsninger

DanPilot blev sammenlagt i 2007 af tidligere selvstændige lodserier. Denne sammenlægning giver

udfordringer på alle fronter ikke mindst med hensyn til teknisk vedligehold og personaleledelse.

Virksomheden tæller 281 ansatte, 32 lodsbåde samt 22 lodsstationer. (Danpilot 2013)

2.2 Aktualitet. Komfortventilationen er mangelfuld, hvilket medfører klager fra det sejlende personale hos

DanPilot. Konsekvenserne af det dårlige indeklima er mange og alvorlige. Der er belæg for at høje

eller lave temperaturer påvirker menneskers psyke og evne til at træffe de rigtige beslutninger. (Ole

B. Stampe 1996)

Ukoncentreret personale ombord på skibe, der foretager ”ship to ship” operationer med bording,

under ofte udfordrende vejrforhold, er meget uhensigtsmæssigt. Der bør derfor rettes særligt fokus

mod indeklimaet, for at opnå bedst mulige arbejdsforhold og som dermed bidrager positivt til

sikkerheden om bord.

Klagerne er rettet mod både det termiske og atmosfæriske indeklima. Ved sejllads i hård sø kan

personalet risikere at få søsyge, hvilket forstærkes af dårligt indeklima. Søsyge giver i høj grad

koncentrationsbesvær og udgør i sig selv en risiko for ikke at kunne udføre sit arbejde sikkert. Det

termiske indeklima har ikke direkte sundhedsskadelige konsekvenser, idet mennesket kan arbejde

under selv de mest ekstreme temperaturer uden fare for helbredet. Det atmosfæriske indeklima

påvirker dog i høj grad sundheden for personalet om bord. Forureningskilder som motorrum og

udstødningsgasser kan potentielt forårsage mange typer alvorlige sygdomme.


Morten Lund Jepsen

9

2.3 Projektbeskrivelse Dette projekt har til formål at analysere lodsbådenes klimaskærm med henblik på at opnå et

tilfredsstillende indeklima. Kravene til indeklimaet fastsættes ud fra gældende love og regler på

området. Det vil igennem rapporten blive vurderet om, det er tilrådeligt at stille større krav. Dette

bliver vurderet på baggrund af udtalelser fra det sejlende personale samt egne observationer.

Systemet skal kunne håndtere peak-situationer i løbet af både sommer og vinter.

Systemet er på nuværende tidspunkt opbygget med et ventilationsaggregat, der kan levere varme

om vinteren og kulde om sommeren. Aggregatet regulerer på udblæsningstemperaturen, dertil

kommer recirkulation, som ligeledes reguleres ud fra differensen på udblæsningstemperatur og set-

punktet.

2.3.1 Køl

Aircondition består af to kompressorer, som er en tilsluttet 220V landstrøm og en trukket af

bagbord motor. Således kan lodsbåden altid være tempereret og sejlklar. Kondensatoren er

søvandskølet, hvilket giver en rigtig god underkøling af kølemidlet, lavt trykforhold og dermed en

god virkningsgrad på anlægget. Fordamperen er placeret under bagerste styrbord sæderække,

sammen med et luftfilter en varmeflade og en blæser. Aircondition anlægget leverer ikke nok

køleeffekt til at holde temperaturen nede på de varme sommerdage. Anlægget er dimensioneret til at

leverer 7 kW køl. (Bilag 1)

2.3.2 Varme

Varmen består af to varmekilder; en landstrømsbaseret løsning med el-patroner, som fungerer i

land. Til søs anvendes varme fra motorerne. Varmemediet består af tre separate systemer opdelt

med tre pladevarmevekslere. De to motorer har hver deres kølevandssystem, hvor disse er forsynet

med en tvungentrukket cirkulationspumpe. Til opvarmning i land, er de forsynet med hver deres

500 W el-patron, som virker ved naturlig cirkulation og har et set punkt på 40° C.

Komfortvarmen består af to systemer, et der forsyner skrog og aptering samt et separat til

lodlejderen, eftersom lodslejderen skal kunne afmonteres. Til opvarmning af skroget, er placeret to

radiatorer i hvert rum i skroget, som tæller; maskinrum, tankrum, styremaskine og lastrum forrest i

skibet. Man varmer dette op for at skabe et tørt miljø i skroget, samt at reducere mængden af is på

dørken udenfor.

I apteringen er placeret fire radiatorer samt en varmeflade i klimaanlægget. Komfortvarmen styres


Morten Lund Jepsen

10

altså af henholdsvis termostater på radiatorerne, samt klimaanlægget, som kan afgive både kulde og

varme.

2.4 Krav til projektet Bådene har en levetid på 5 til 10 år (Tom Christensen 2013) og har på nuværende tidspunkt

installeret et omkostningsfuldt klimaanlæg. Dette anlæg har aldrig fungeret optimalt og har unødig

høje driftsomkostninger. Det tilstræbes, at nå frem til en løsning, som har fokus på levetid

installations- og driftsomkostninger.

2.5 Problemformulering

- Hvordan sikres det termiske indeklima ombord på lodsbåden Spica?

Specielt temperaturene i sommerhalvåret er en udfordring. Komforttemperaturen skal, som

minimum, leve op til gældende regler på området. Løsningen vil blive valgt ud fra kriterier som

tilgængelighed, virkningsgrad og økonomi.

2.6 Afgrænsning Projektets fokus er at opstille en analyse, der afspejler virkeligheden. Teorien, der anvendes i

analysen af lodsbådens klimaskærm, afgrænses til de primære elementer og altså ikke en

dybdegående analyse der nødvendigvis kan anses for fuldstændig.

Måling ombord på lodsbåden foretages med forbehold. Målingerne har kun til formål at estimere

anlæggets nuværende ydelse uden at være dimensionerende i forhold til løsningsforslaget.

Optimering af selve anlægget vil ikke blive beskrevet i detaljer, men mulige fejlkilder vil blive

belyst.

Der vil gennem projektet afslutningsvis blive givet løsningsforslag. Dette vil ikke være fyldest

gørende, men giver et forslag til en løsningsmodel. Skal løsningsforslaget realiseres, vil yderligere

informationer skulle klarlægges.


Morten Lund Jepsen

11

Kapitel 3 - Metode Dette afsnit beskriver metoden anvendt forud for løsningsforslaget. Metoden er valgt ud fra

problemstillingens udformning. Hypotesen lyder således; Indeklimaet virker ikke tilfredsstillende,

fordi det nuværende anlæg ikke er dimensioneret korrekt. Anlæggene antages i første omgang til at

køre optimalt, idet anlæggene tilses af specialister én gang om året, og derfor bør yde hvad de er

dimensioneret til.

Problemstillingen vil blive grebet anderledes an end tidligere gjort. Tidligere er anlægget blevet

optimeret, anlæggene er blevet skiftet ud og enkelte komponenter er forsøgt optimeret herunder

køleflade, kompressor og isolering af rør.

Viden tilegnes gennem bøger, teori fra skolen samt en stor mængde teori fra internettet se evt.

litteraturliste. Alt sammen vurderes af forfatteren i forhold til validitet og relevans. Der vil blive

afgrænset i teori, i det omfang, det findes passende for opgaven. Der er bestræbt at lave en analyse,

der ligner virkeligheden og ikke anvender ”overflødig” teori.

Teori, som har været en del af pensum og anses for grundlæggende, vil ikke blive behandlet i

rapporten. Enkelte relevante teorier vil dog blive fremhævet, ligesom al ny teori vil blive beskrevet.

Vejen til en løsning vil gå gennem en teoretisk analyse af lodsbådens klimaskærm for at danne

grundlag for en teoretisk forudsigelse af kølebehovet. Til opbakning af teorien vil praktiske

målinger på det givne anlæg og en analyse af disse data, udgøre grundlaget for en dimensionering

og valg af komponenter. Til vurdering af resultater og deres validitet inddrages på andre

anlægsdimensioneringer af lignende karakter. Forfatteren vil vurdere påstande fra litteratur og

udtalelser, men ikke alle vil blive beskrevet i rapporten.

Komfortklimaet skal som minimum leve op til søfartsstyrelsens bestemmelser. I praksis vil der

blive tale om en overdimensionering. Et minimumskrav definere ikke ”komfort” for alle mennesker,

komfort er individuelt, og det vil der blive taget højde for i analysen. Til denne individuelle

kravspecifikation af komfortklimaet vil søfartsstyrelsens bestemmelser, arbejdstilsynet, ventilations

ståbi samt DanPilots erfaringer danne grundlag.

Til angivelse af kilder i forbindelse med referencer, citater og litteraturliste anvendes Harvard-

formatet.


Morten Lund Jepsen

12

Kapitel 4 - Forudsætninger Dette kapitel indeholder forudsætninger for at foretage en analyse af lodsbådenes klimaskærm.

4.1 Komfortfaktorer Dette afsnit vil behandle de forskellige termiske belastninger, som skal medregnes i analysen af

lodsbådenes klimaskærm.

4.1.1 Udefrakommende faktorer

Sol

Solens effekt på lodsbåden kan opdeles i to afdelinger: En del, der afsættes på skibets

uigennemsigtige overflader, som skrog og aptering, medfører varmetransmission. Anden del

passerer gennem vinduerne i form af solindfald. Solindfaldet bestemmes af energien i det sollys,

som passerer atmosfæren og måles i W/m2.(Ole B. Stampe 1996). Forskellige faktorer påvirker den

mængde af lysenergi der vil påvirke lodsbådens indeklima. De eksterne faktorer er de metrologiske

forhold, som det aktuelle vejr, årstid, samt bådens placering på jorden i forhold til solen. De interne

faktorer, er de som skyldes bådens opbygning. Her tænkes på størrelsen af vinduerne, vinklen de er

placeret med, samt deres tekniske specifikationer. Dertil kommer farverne i båden, hvor sort

eksempelvis vil absorbere mere varme end hvid. Farverne har konsekvenser for den operative

temperatur og beskrives ved materialets emissivitet. (Statens Byggeforskningsinstitut 2013)

Vind

Tætheden af båden vil påvirke indeklimaet ukontrolleret og på nogle tidspunkter uhensigtsmæssigt.

Infiltrationstabet vil blive behandlet, idet det er en ikke uvæsentlig faktor, som er værd at have med

i overvejelserne omkring komfortventilationen. Bådene sejler eksempelvis op mod 25 knob og dette

vil i tilfælde af utætheder påvirke indeklimaet i en ukendt grad. Desuden er bådene i mange tilfælde

placeret ud til kysten, hvilket ved pålandsvind ikke giver nogen læ af bygninger eller natur. Ved

beregning af infiltrationstabet vil man kunne lave antagelser baseret på eksempler fra ”ventilations

ståbi”. (Ole B. Stampe 1996)

Temperatur

Temperaturene opdeles i forskellige beregninger; en sommer og vinter del. Om sommeren er det

naturligvis varmen i udeluften, som udgør en belastning eller et overskud af energi. Dette overskud

skal fjernes for at undgå en uacceptabel høj inde temperatur. Det er naturligt, at ramme en så høj

inde temperatur, som det kan accepteres. Temperaturdifferensen mellem ude og inde er ligefrem

proportional med effektbehovet. Det samme gør sig gældende ved vinterdrift, hvor det blot handler


Morten Lund Jepsen

13

om hvor meget energi, der skal tilføres apteringen for at opnå ligevægt ved komforttemperatur. De

dimensionerende temperature for henholdsvis sommer og vinter kan baseres på aktuelle lovkrav

eller anbefalinger fra arbejdstilsynet og søfartsstyrelsen.

Det er værd at bemærke, at det er den operative temperatur, der er angivende for hvordan

personerne opfatter temperaturen. I tilfælde med lav lufthastighed vil den operative temperatur, som

er en middelværdi af strålings- og lufttemperaturen, ligge meget tæt på lufttemperaturen.

(Arbejdstilsynet 2013)

Den operative temperatur formuleres meget præcist:

”Operativ temperatur: Den fiktive, ensartede temperatur af omgivelserne, der vil

medføre samme varmetab fra en person ved stråling plus konvektion, som de faktiske

temperaturer af luft og omgivende flader medfører”. (Dansk Standart, DSF 3033)

Luftfugtighed

Luftfugtigheden udgør ikke nogen sundhedsfare, men det tilstræbes at ramme et komfort niveau

indendørs, som anbefales at ligge mellem 20-60 % RH ved 22° C. Luftfugtigheden ude, vil ikke

påvirke bådens indeklima i en grad, der er værd at bemærke. I sommerperioden vil et

airconditionanlæg med korrekt indstilling sørge for at opretholde en behagelig fugtighed i luften.

Om vinteren vil opvarmningen af den kolde luft give en tør varm luft, men den fugt personalet

overgiver fra tøj og udånding vil med stor sandsynlighed sørge for en fornuftig relativfugtighed på

over 20 % RH.

Figur 1. (Arbejdstilsynet.dk 2003)

Der hvor luftfugtigheden sammen med lave temperature, kan være kritisk er overfor elektronik.

Hvis elektronikken bliver meget kold, kan der ved opvarmning, kondenseres vand på elektronikken

hvilket på sigt vil skabe problemer.

4.1.2 Indefrakommende faktorer

De faktorer, som påvirkes af bådens opbygning og udstyr, defineres som de indefrakommende


Morten Lund Jepsen

14

faktorer. Disse kan yderligere deles op i to hovedgrupper: De der tilføre varme og de som tilfører

kulde. Bidraget af varme, kommer dels fra elektrisk udstyr og dels fra personer i rummet. Elektrisk

udstyr kan udledes direkte af det aktuelle elforbrug i apteringen. Dog med tanke på, at det meste

hardware er gemt af vejen under styrepulten, som vil yde en grad af isolering. Afhængig af årstiden

er dette varmebidrag positivt eller negativt for det termiske indeklima. Ved udluftning vil det

sommer og vinter forårsage en belastning af klimaanlægget. Det er nødvendigt at udskifte luften om

bord på bådene kontinuerligt, så længe besætningen er om bord. Ved en temperaturdifferens ude og

inde vil dette blive en belastning. Til gengæld kan luftudskiftningen med fordel øges i perioder,

hvor der er et overskud af varme. Så længe udeluften er under komfort temperatur, og der er

varmeoverskud i kabinen, vil luftudskiftningen have en positiv effekt.

4.1.3 Energifaktorer

Det er værd at bemærke, at båden er udstyret med to hovedmotorer, som ved drift afgiver rigtig

meget energi. Denne energi bruges naturligvis til fremdrivning, men også opvarmning. Denne

energi er gratis så at sige, idet overskudsvarmen ellers ledes ud med kølevandet. Ved længere tids

stilstand er det vigtigt, at motorerne ikke kommer under 40° C. Det gør, at en varmekilde ud over

hovedmotorerne er nødvendig. Budskabet er, at man ved landtilslutning bør overveje sit

energiforbrug nøje i modsætning til, når skibet er i søen, hvor varme og strøm praktisktalt er

”gratis”.

Solvarmen er en meget hurtig reagerende faktor, skyer og vejrskift kan på meget kort tid ændre

kølebehovet. Dette er dog, ved mekaniske ventilationsanlæg og relativ små radiatorer, ikke den

store udfordring. Ventilationsanlægget kan hurtigt ændre udblæsningstemperatur sammenlignet

med eksempelvis gulvvarme eller andre varmekilder med stor akkumuleret energi og dermed stor

tidskonstant.

4.2 Hvordan måler man komfort? Komfort er et udtryk for, om det er behageligt, så hvordan defineres et behageligt indeklima?

Komforten reguleres af temperaturen, luftfugtigheden og udluftningen.

Man kan vælge at kigge på gældende regler for området fra søfartsstyrelsen og arbejdsmiljørådet,

men i virkeligheden er komfort individuelt. Den individuelle komforttemperatur afhænger i høj grad

af faktorer som alder, påklædning, aktivitets niveau og ikke mindst fysiologiske forhold. (B.

Howald Petersen 2005)


Morten Lund Jepsen

15

4.3 Detaljeringsgrad Det er ikke realistisk at fremstille en eksakt model af lodsbådene, idet dokumentationen er

begrænset. Det er derfor nødvendigt at foretage en række tilnærmelser, hvor nogle detaljer må

udelades. Her tænkes fx på kuldebroer, opdeling af rum, inventar osv.

4.4 Skibstyper Hos DanPilot findes mange skibstyper, som er bygget over en årrække. De ældste har en begrænset

levetid på nuværende tidspunkt, og undersøges ikke nærmere. Der tages udgangspunkt i ”Spica”,

som omtales ”dockstatypen” opkaldt efter produktionssted. Det forventes, at analysen kan være

dimensionerende for størstedelen af flåden.

Figur 2 - Lodsbåden “SPICA” (Marinetraffic.com 2013)


Morten Lund Jepsen

16

4.5 Vejrdata

Figur 3 (dmi.dk 2013)

Figur 3 viser grafer over de absolut højeste og lavest temperature målt inden for de sidste 139 år. De

absolut mest ekstreme temperature på 36,4° C og -31,2° C, vurderes at være for henholdsvis høje og

lave til at være dimensionerende i lodsbådsanalysen. Dette skyldes, at bådene ligger ud til vandet og

at de ekstremt høje temperaturer der er målt, er målt inde i landet (DMI 2013). Desuden er det

meget sjældent, at så ekstreme temperature forekommer. Til Lodsbådsanalysen vil disse

ekstremtemperature indgå i overvejelserne om hvilken temperatur, der er dimensionerende.

Forklaring af grafen for ”standartnormal” kurven findes her:

”En klimanormal (eller bare normal) er gennemsnittet for en vejrparameter over en

længere årrække. Internationalt anbefales 30 år.

Den gældende normalperiode er fra 1961-1990. Normalperioden er fastlagt og

anbefalet af WMO der er meteorologiens internationale hovedorganisation under

FN.” (DMI 2013)

Så når der tales om en ”standardnormal 1961-90 middel daglig højeste temperature”, så er det den

gennemsnitlige højeste temperatur, målt hver dag i en måned i perioden 1961 til 1990.


Morten Lund Jepsen

17

Kapitel 5 - Model af Båd I dette afsnit redegøres der for, hvilke overvejelser der ligger til grund for design af modellen.

Skibet, som modellen tager udgangspunkt i, har kun begrænset dokumentation omkring de

materialer, skibet er opbygget i. Der tages naturligvis udgangspunkt i den tilgængelige

dokumentation i videst mulig omfang. Ved manglende dokumentation er materialevalget vurderet

ud fra forfatterens bedste evne.

Det er oplyst hvilke materialer ”karossen” er fremstillet i, men det er ikke tilgængeligt med

isolerings materialer og tykkelser. Samlinger og overgange afgrænses i denne energibalance

beregning. Skroget udgør i sig selv en isolering, primært i gulvet. Her vil vandtemperatur og varme

fra motorer være af en ikke uvæsentlig betydning.

Vinduerne er termoruder specielt fremstillet til bådtypen og anvendelsen (sikkerhedsglas).

Varmeovergangen varierer ikke væsentlig for nye termoruder, hvorimod varmestråling kan variere

meget med glastypen. I de fleste tilfælde vil varmeovergangen og evnen til at reflektere

sollys/varmestrålingen dog have en direkte sammenhæng. (energiwiki.dk 2013)

Energi balancen skal synliggøre, hvor meget energi der skal tilføres/fjernes for at opretholde

komforttemperatur i apteringen.


Morten Lund Jepsen

18

5.1 Symbolliste

Symbolliste

Symbol Enhed Beskrivelse

Q.tab [W] Transmissionstab

Q.inf [W] Infiltrationstab

Q.v [W] Ventilationstab

Q.s [W] Solvarme

t.i [°C] Temperatur inde

t.u [°C] Temperatur ude

t.mr [°C] Temperatur motorrum

t.kf [°C] Temp. Kølefalde

V [m3] Volume af rummet

h.i [kJ/kg] Entalpi inde

h.u [kJ/kg] Entalpi ude

n [h^-1] Luftskifte pr time

q.1 [m3/time] Tilgang af udeluft

q.2 [m3/time] Afkast Klima

q.3 [m3/time] Infiltrationsstrøm

Solindstråling [W/m2] Solindstråling

λ [W/m*K] Varmekonduktivitet

U [W/m2*K] Varmeovergang

A [m2] Areal af overflader

L [m] Længde

RF.i/u [%]

Relativ fugtighed

inde/ude

c.p [KJ/kg*K] Spec.varmekap. ved 20°C

m [kg.luft/m3.luft] Luftdensitet

d… [m] Materiale tykkelse


Morten Lund Jepsen

19

5.2 Skibstype

5.2.1 Data

Lodsbåd

Mål værdi

Styrehus

L.1 2,2

L.2 2,8

L.3 2,1

L.4 2,9

H.1 2,1

H.2 2,1

H.3 0,8

H.4 0,8

B 2,4

V 26,5

Vinduer

H 0,6

B 0,9

A 0,54

U 2,9

antal 20

A.total 10,8

5.2.2 Skitse

Figur 4 - Set fra siden


Morten Lund Jepsen

20

Figur 5 - Set forfra

Figur 6 - Set fra oven

Figur 7 - Set bagfra

5.3 Modelberegninger og opsætning

5.3.1 Generelt

For at opretholde komforttemperatur i apteringen, kræves det at den energi, som tilføres er lig med

den energi der fjernes. Dette gør sig gældende både sommer og vinter, varmestrømmene er blot

forskellige. Ligningen illustrerer energi balancen – afhængig af sommer og vinter vil fortegnene

ændre sig.


Morten Lund Jepsen

21

Figur 8 illustrer visuelt de varmestrømme, der opstår sommer og vinter.

Figur 8 - Energifaktorer

5.3.2 Temperaturdifferens

Den temperatur, som angives i beregningerne, skal udgøre den operative temperatur.

Lufttemperaturen kan måles med et almindeligt termometer, hvor den operative temperatur kan

måles med et globetermometer. Den operative temperatur er den temperatur, personerne i rummet

opfatter. Det vil sige en person, som sidder med overkroppen belyst, opfatter en anden temperatur

end personen ved siden af, der måske sidder i helt skygge. Dette på trods af at lufttemperaturen

måles til at være den samme. Denne operative temperatur er en middelværdi af lufttemperaturen og

middelstrålingstemperaturen. Lufttemperaturen kan inde i lodsbåden variere en del, både horisontalt

og vertikalt (se afsnit 6.1.2 Målinger). I praksis må temperaturen i rummet max svinge 4 °C.

(Arbejdstilsynet 2013). Den varierende lufttemperatur skyldes klimaanlægget, varmekilderne,

skygge/sol, utætheder, varierende varmeabsorbation og begrænset luftstrøm.

Middelstrålingstemperaturen kommer fra overflader i lodsbåden samt i højgrad sollys. Overflader

på lodsbåden varmes op af solen, og disse vil afgive varme i form af stråling fra overfladen.

Strålingen er afhængig af overfladens beskaffenhed og farve. Denne individuelle overflade

egenskab beskrives via emissionstallet også kaldet absorbtionsforholdet og beregnes via Stefan-

Boltzmanns lov: (

)

Hvor C er strålingskonstanten for sort, ved andre farver

multipliceres C med deres emissionstal, som er afhængig af lysforhold. E er den afgivet stråling fra

overfladen i . (Aage Birkkjær Lauritsen, Søren Gundtoft, Aage Bredahl Eriksen 2007)


Morten Lund Jepsen

22

Sommer

”Luftkonditioneringsanlægget kan være et centralanlæg eller bestå af særskilte

enheder og skal være således konstrueret, at det ved 35 grader C og 70 pct. relativ

fugtighed ude kan opretholde 29 grader C og ca. 50 pct. relativ fugtighed inde. Der

må ikke benyttes mere end 50 pct. returluft.” (Bekendtgørelse om opholdsrum m.v. i

skibe, Afsnit II, § 7 stk. 9).

Dette krav til airconditionanlægget er et absolut minimums krav, og temperaturdifferensen vil

derfor blive øget i sommerdriftsberegningerne. Ifølge ventilations ståbi anbefales en udetemperatur

på 24-25° C og entalpi på 55 kJ/kg. Denne temperatur er op til overvejelse. Ifølge DMI figur 3,

opnås temperature på op til 35° C i de varmeste måneder og et gennemsnit på ca. 20° C. Valget af

dimensionerende temperatur vurderes i høj grad ud fra, hvor ofte man vil risikere afvigelser fra den

ønskede inde temperatur. I denne analyse anvendes 30° C, 40 % RH og deraf en entalpi på 55 kJ/kg.

Indendørs temperaturen fastlægges til 22° C ud fra Arbejdstilsynets anbefaling: ”Generelt bør

temperaturen under normale klima- og arbejdsforhold holdes på 20-22 °C ved stillesiddende

arbejde og må ikke overstige 25 °C.” (At-vejledning A.1.12, 2005).

Vinter

”En rumtemperatur på 20 grader, skal under alle forhold kunne opretholdes”. (Bekendtgørelse om

opholdsrum m.v. i skibe, Afsnit II, § 7 stk. 2). Denne temperatur vil være dimensionerende i disse

beregninger. Dimensionerende udetemperatur på -12° C om vinteren vil følge DIF’s regler for

beregningen af bygningers varmetab. (Ventilations Ståbi 1996).

Temperaturen under gulv påvirkes, som tidligere beskrevet, af temperaturen i skrogets rum

inddelinger. Med især motorerne som varmekilde og tankrummet som stor isolator, men her

afgrænses og regnes med samme temperatur som resterende aptering. Dette er klart en fejlkilde og

bør tages med ved vurdering af resultaterne. Havde det været muligt, ville en kortlægning af

temperaturforhold i skroget og gulvets overgangstal været optimalt for at opnå en virkelighedsnær

analyse.

5.3.3 Varmefylde

Ved dimensionering er det vigtigt at være opmærksom på energien, der oplagres i lodsbåden.

Lodsbåden har en tidskonstant, der afhænger af materialerne og den grad af afkøling og opvarmning

den udsættes for, eksempelvis fra nat til dag. Denne tidskonstant har stor betydning, når båden skal

varmes op til komforttemperatur en kold morgen eller køles ned en varm eftermiddag. Denne

udregning begrænser sig imidlertid til et aktuelt behov ved en given belastning. Det er dog med i


Morten Lund Jepsen

23

overvejelserne i forhold til en overdimensionering.

5.3.4 Transmissionstab

Transmissionstabet opstår med temperaturdifferens. Når et materiale adskiller to energi niveauer,

vil den største energi søge mod den mindste og forsøge at udligne. Om vinteren vil denne

energistrøm være negativ og positiv størstedelen af sommerhalvåret. Transmissionstabet er ligefrem

proportional med temperatur differensen. Andre faktorer som vind og luftfugtighed vil ikke blive

behandlet.

Isolerede rum består typisk af tre lag med forskellige U-værdier. En yderskal som skal beskytte

rummet og som typisk også er en del af den bærende konstruktion. Et andet lag som består af et

isolerende materiale med meget lav varmekonduktivitet. Et sidste lag som udgør væggen indendørs

hvor denne kan vælges efter æstetik og anvendelse. I dette tilfælde er lodsbåden en undtagelse, for

denne har kun isolering i taget og en ukendt isolering i gulvet. Det har ikke været muligt at finde

dokumentation på isoleringsmaterialer og tykkelser, men disse er vurderet ud fra målinger med en

uspecificeret usikkerhed, og u-værdier er beregnet ud fra data på populære isoleringsmaterialer

brugt i det maritime (Norisol 2013). Det særlige ved isolering ombord på skibe er

brandsikkerheden. Der er af søfartsstyrelsen opstillet lovkrav til isoleringsmaterialers anvendelse

ombord på skibe. ”Isoleringsmaterialer anvendt i aptering og opholdsrum skal som udgangspunkt

være af en ikke brændbar type.” (Bekendtgørelse om meddelelser fra søfartsstyrelsen B, skibes

bygning og udstyr, Kapitel II, Afsnit B, Regel 5 stk. 3.)

Isoleringens varmekonduktivitet er materialeafhængig. Til analysen er anvendt to typer materialer,

da det med tanke på projektets formål ikke findes tjeneligt at gå i yderligere detaljer.

Usikkerhederne omkring præcis materiale tykkelse og type, samt den ikkemedregnede isolering fra

skibets inventar, gør at kun glasuld og glasfiber medregnes. De to materialers varmekonduktivitet

findes ved tabelopslag i Termodynamik 2. udgave s. 249.

Varmekonduktiviteten λ opgives i og varmegennemgangstallet U opgives i . U-

værdien er afhængig af materialets varmekonduktivitet og dets tykkelse. For at simplificere

udregningerne og samtidig tage højde for bådens varierende materialer og tykkelser, udregnes en U-

værdi for hver overflade. Når U-værdien beregnes udelades forholdene omkring strømninger,

konvektion og stråling, her medregnes kun varmekonduktivitet. Ved strømning/konvektion vil


Morten Lund Jepsen

24

varmeovergangstallet α anvendes i følgende formel:

Som det ses, gælder varmeovergangstallet to gange, en på hver fri overflade, i praksis to forskellige

værdier. Disse værdier afhænger af strømningerne hen over overfladen. Til de aktuelle beregninger

skæres disse to led væk, således at kun varmekonduktiviteten optræder.

Energistrømmen, som udspringer af Fouriers lov, opstilles:

Den viser sammenhængen mellem varmeovergangstal, areal og forskellen i temperatur. (Aage

Birkkjær Lauritsen, Søren Gundtoft, Aage Bredahl Eriksen 2007)

Energistrømmene for de enkelte overflader varierer med forskellig U-værdi og areal.

5.3.5 Ventilationstab

På lodsbåden er monteret et ventilationsaggregat, som står for mekaniskventilation. For at regne

ventilationstabet, er det vigtigt at kende luftens tilstand før og efter ventilationsanlægget. Her skal

man være opmærksom på, at der slås vand af luften ved køling. Dette gør, at det er mest

hensigtsmæssigt at regne i entalpier, ud fra aflæsninger i x-i diagram. Ved vinterdrift opvarmes

luften og her kan man i stedet, med fordel anvende varmefylden for luft. (Condair.dk 2013).

Dernæst er luftmængden nødvendig, og denne findes i praksis ved at måle trykfaldet over

ventilatoren og aflæsning i diagram.

Luftskiftet skal minimum være 6 gange pr time, og at den samlede recirkulering må maksimum

udgøre 50 %. (Bekendtgørelse om opholdsrum m.v. i skibe, Afsnit II, § 6, stk. 3 a og c). Der

opstilles derfor en algoritme, hvor begge disse parametre er overholdt. Det skal gå op med, at


Morten Lund Jepsen

25

luftmængden er tilstrækkelig til at bære den effekt, som den skal afgive, samtidig med at man sikrer

sig et luftskifte på 6 gange pr time og minimum 50 % recirkulering.

Figur 9 - Ventilationsmængde og tab

Den dimensionerende ventilationsmængde er beregnet ud fra den udregnede eksterne belastning,

bestående af transmission, sol og elektronik ( ). Ventilationen skal være af en størrelse,

der kan lede varmen væk fra disse tre belastninger. Hertil skal bruges to temperature. Den ene er

den udblæsningstemperatur, det er praktisk muligt at opnå ( ). Denne er sat til 11° C og er valgt

på baggrund af praktiske målinger på eksisterende anlæg. Det er ikke tilrådeligt med lavere

temperaturer, idet man risikere at frembringe tør og ubehagelig luft. Ventilationsmængden er altså

dimensioneret ud fra udblæsningsluft på 11° C med en entalpi på 27 kJ/kg og en inde temperatur på

22° C med en entalpi på 42 kJ/kg. Disse to entalpier skal kunne føre 5,3 kW varme væk. Den

nødvendige ventilationsmængde findes via af følgende formel.

Ved denne ventilationsmængde og udblæsningstemperatur, ved man at den tilførte varme, kan ledes

væk via kølefladen. Med denne beregnede ventilationsmængde kan ventilationstabet udregnes ud

fra gældende regler om luftskifte og recirkulering. Luftskiftet giver naturligvis kølefladen en

yderligere belastning, men det ændrer ikke ved den nødvendige ventilationsmængde med den givne

udblæsningstemperatur.


Morten Lund Jepsen

26

Ud over det kontrollerede mekaniske ventilationstab, udgør infiltration også en andel af det samlede

ventilationstab. Infiltrations og exfiltrationstabet er en svær målbar størrelse. Når klimaskærmen på

bygninger udregnes, vil infiltrationstabet have en størrelse svarende til et luftskifte på 0,2 gange pr

time. (Ole B. Stampe 1996). Det er forfatterens vurdering, at der ved mekanisk ventilation, kan

udelades at medregne infiltrationstabet, idet denne vil have næsten ingen, eller ingen betydning.

5.3.6 Solindfald

Solindfaldet påvirkes af mange forskellige forhold. Til disse udregninger vil der blive set bort fra en

lang række faktorer, som ses uvæsentlige i forhold til deres kompleksitet. Udregningerne vil tage

udgangspunkt i nogle mere generelle målinger af solindstrålingen. Det er hensigtsmæssigt i forhold

til projektets model. For at fremme forståelsen og valideringen af disse generelle målinger er de

forskellige forhold dog blevet undersøgt.

Mange af de forhold, der gør sig gældende, er forklaret vha. grafer eller tabeller, som er fremstillet

via empiri. Ud fra disse tabeller kan der opstilles en beregning, som man i nogen grad kan forvente

stemme overens med virkeligheden. Man kender solindstrålingen uden for atmosfæren. Herefter vil

solen passere adskillige partikler og indstrålingen reduceres inden den når jordens overflade. Denne

reduktion afhænger af luftens indhold af partikler (Ole B. Stampe 1996), se figur 10.


Morten Lund Jepsen

27

Figur 10 - Reduktion af solindstråling

Solen leverer en given effekt til jorden, hvis effekt varier med vinklen til det sted på jorden man

måtte opholde sig. Der er tale om henholdsvis azimuth- og zenithvinklen, se evt. figur 11. Solens

effekt er kraftigst, når man opholder sig 90 grader under solen. Kender man den aktuelle

solindstråling i 90 grader, kan man via en graf aflæse, hvor stor en del af solindstrålingen, man vil

opleve i andre vinkler. Der er to forhold, der gør sig gældende; solens vinkel i forhold til jorden, og

vinduets vinkel i forhold til solen se figur 12 og figur 13.


Morten Lund Jepsen

28

Figur 12 - Illustration af zenith og azimuthvinklen (mpoweruk.com 2013)

Figur 13 - Forholdet mellem solhøjde og solindstråling (Erwin Petersen 1966)

Figur 114 - Forholdet mellem indfaldsvinkel og transmittans (Erwin Petersen 1966)


Morten Lund Jepsen

29

Solens vej gennem atmosfæren har stor betydning for forholdet mellem direkte og diffust sollys.

Diffust sollys bidrager ikke til varmen i nær samme grad som direkte sollys. Derfor vil en overskyet

dag eller steder med høj koncentration af forurening blive udsat for solindstråling, der i højere grad

består af diffust lys.

Det direkte og diffuse sollys vælges ved at aflæse i figur 15, samt aflæsning af graf i Ventilations

ståbi s. 104 ”Solvarmeindfald – diffus himmelstråling”. I Analysen udgør det direkte sollys 600

W/m2 og det diffuse udgør 25 W/m

2. Båden vil i beregningseksemplet, ligge med kurs 90°, stik øst,

således at halvdelen af vinduerne udsættes for direkte sollys og den anden halvdel for diffus sollys.

I beregningerne vil det synliggøres med hvilken effekt, solreducerende foranstaltninger indvendigt i

båden kan påvirke varmens indtrængen.

5.4 Validering Afsnittet bearbejder udregningernes resultater og diskuterer, hvorvidt resultater kan anvendes til

dimensionering.

Figur 15 - Solindfaldet gennem rude (sbi.dk 2006)


Morten Lund Jepsen

30

5.4.1 Resultater

5.4.2 Diskussion

Resultaterne er retvisende i den forstand, at de giver et ret godt overblik over effekten af forskellige

energireducerende tiltag. Et varme behov på 22,3 kW og et kølebehov på 15,6 kW lyder af rigtig

meget. Grunden findes primært i den ukendte isolering, som apteringens udstyr udgør. Eksempelvis

er hele styrepulten et lukket rum med stillestående luft, det samme gør sig gældende i skabe og

andre opbevarings anordninger. Dertil kommer gulvets ukendte isolering, hvor denne udgør ca. 10

% af det samlede transmissionstab.(Bilag 2).


Morten Lund Jepsen

31

Kølebehovet bliver fra fabrikken dimensioneret til 7 kW (Bilag 1) og fritidsbåde af samme størrelse

og udformning bliver af eksempelvis Dometic vurderet til ca. 4,7 kW (Bilag 4). Derfor kan der

argumenteres for, at 15,6 kW ikke er et dimensionerings grundlag.

Ved at ændre de variable værdier i excel arket, vil man kunne se effekten af eksempelvis øget

recirkulation med/uden solgardiner, typen af solgardiner og tykkelsen af isolering.

Ventilationsmængden kan ikke manuelt ændres, men varierer ved ændring af de andre parametre.

Dette muliggør et kvalificeret valg af energireducerende tiltag.

5.5 Delkonklusion Det ses at de to tiltag med øget isolering og solfilm, har en særdeles gavnlig effekt. Både sommer

og vinter halveres det aktuelle behov. Det kan være en øjenåbner i forhold til løsningsforslaget. Vil

det overhovedet være nødvendigt, at tilføre/fjerne ekstra varme, når disse tiltag reducere

effektbehovet så markant? Dette vurderes ud fra anlæggets målte effekt, holdt op mod de udregnede

kulde/varmebehov. Udregningerne, der viser ”Forbedringer”, er de tal, der arbejdes videre med, når

et løsningsforslag skal udarbejdes.


Morten Lund Jepsen

32

Kapitel 6 - Målinger Dette afsnit vil behandle de erfaringer, som forfatteren har gjort sig ved gennemgang af

eksisterende ventilationsanlæg.

6.1 Før målinger Det er kendt, at ingen klimaanlæg i DanPilots flåde virker tilfredsstillende. Ved gennemgang af

dokumentation på klimaanlæggene, fremgår det, at aircondition anlægget har en køleeffekt på 7

kW. Denne effektopgivelse er foretaget under en given drift situation. Anlæggene er fire år eller

ældre, og det må forventes, at ikke alle lever op til de specifikationer, som er angivet. Formålet

med måling på et anlæg er at sammenligne det udregnede kølebehov, anlæggets specifikationer og

anlæggets faktiske ydelse.

6.1.1 Anlægsbeskrivelse

Tirsdag d. 03/09/2013 blev der foretaget målinger ombord på Spica. Spica er af ”dockstatypen” med

aptering i to plan, fordelt med styrehus for og opholdsrum agter.

Figur 16 - Skitse af ventilation på SPICA

Køl, varme og blæserdelen ligger tværskibs agter i apteringen. Blæseren sender luften ud gennem to

ø-150mm rør, og et går hele vejen op til frontruderne. Om vinteren suppleres disse af en ekstra

varmeblæser, som er koblet til varmvandsystemet. Denne blæser er placeret under styrepulten og

styres via blæserintensiteten og altså ikke i kombination med en termostat. Det ene ø 150 rør har to


Morten Lund Jepsen

33

t-stykker sat på, således at kold/varm luft kan ledes ud i øverste del af kabinen samt på toilettet.

Indsugningen til anlægget er udformet, så den kan trække både frisk luft og recirkulere. Dette

fungerer via et spjæld, som automatisk indstilles, se figur 16. Dennes indstilling er enten åben eller

lukket og styres af differensen, mellem ønsket udblæsningstemperatur og målt

udblæsningstemperatur. Det vil sige, at man indstiller en ønsket udblæsningstemperatur og indtil

denne er opnået, vil anlægget recirkulere for hurtigst muligt at opnå dette set-punkt. Under

målingerne på båden recirkulerede anlægget udelukkende.

Forfatterens og bådsmændenes erfaring er at bagerste udblæsningsspjæld i opholdsrummet holdes

lukket ved køling. Oppe foran er der store og mange vinduer, som varmer kraftigt. På dagen var

vejret let, til meget overskyet, men det var meget tydeligt, at solen havde kraftig indvirkning på

temperaturen – ligesom i et drivhus.


Morten Lund Jepsen

34

6.1.2 Målinger

Tilstande T (°C) RF (%)

Ude 20,7 69

Indsugning 20,0 52

Midt i rummet 22,8 44

Udblæsning for 14,0 68

Udblæsning agter 11,3 82

Blæser ΔP (HPa) ΔP (mmHg)

Målestudser 14,9 11,3

Køl T (°C) P (bar)

Fordamper 0 3

Fordamper 5

Overhedning 16

Før ekspansionsventil 24

Kondensator 40 10

Ind 52

Ud 27

Efter kompressor 58


Morten Lund Jepsen

35

Figur 17 - Kurve for blæser HEP-40-4M/L (Bilag 3)

6.2 Databehandling

6.2.1 Ventilation

Dataene indsamlet om ventilationen indtegnes i et i-x diagram, se figur 18. I-x diagrammet gør det

muligt, at aflæse energiniveauet i luften flere steder på anlægget. Luften som suges ind i

fordamperen er koldere end rumtemperaturen, idet indsugning er placeret lavt og bagerst i båden.

Luften rammer kølefladen, som måtte forventes at være 0° C, jf. aflæst fordamper tryk, dette har

ikke været tilfældet. Det skyldes overgangen i kobberrøret, og selvom kølemidlet er 0° C, vil

kølefladen ikke opnå sammen temperatur. Dertil kommer usikkerheden omkring nøjagtigheden af

aflæsningen på tilgængelige manometre, hvor disse bliver udsat for mange vibrationer og deres

alder er ukendt.

Til udregning af anlæggets ydelse laves der visse antagelser. Temperaturen og relativfugtighed målt

ved udblæsning agter antages at have samme tilstand, som luften har lige efter ventilatoren. Dette

fordi ventilationskanalen til agter udblæsning er relativ kort – under 500 mm. Med to entalpier, en

før blæser og en efter blæser, mangles kun flowet. Flowet kan aflæses i kurven for blæseren, se

figur 17. Trykstigningen over blæseren er målt gennem faste målepunkter på aggregatet, som er

dimensioneret til formålet. Disse er ikke udformet som pitotrør, men måler kun den statiske

trykstigning. Der argumenteres her for at den statiske trykstigning er lig den totale trykstigning over

blæseren. Dette fordi kanal dimensionerne er ens på begge sider af blæseren, hvorfor det kan


Morten Lund Jepsen

36

forventes at det dynamiske tryk også er ens. Det dynamiske tryk anses for konstant og isoleres

derfor væk.

Ligningen for udregning af kuldeydelsen ser således ud.

( )

Effekten af aircondition, er udregnet til 4,5 kW (Bilag 2). Dette resultat behandles i afsnittet 6.4

6.2.2 Køl

Til analyse af køleanlægget indtegnes alle målte temperature i et h-log-p diagram for kølemidlet

R134a. Indtegningen viser utvetydigt, at den store fordel ved en søvandskølet kondensator. Her fås

en rigtig god underkøling på trods kondensatorens beskedne størrelse i forhold til andre typer

kondensatorer med samme ydeevne.

Overhedning er på tegningen også ganske rimelig, her skal der dog tilknyttes en kommentar;

kølemidlet overheder for tidligt. I praksis måltes en temperatur på 10-15° C, over en meget stor del

Figur 18 - I-X diagram over ventilation på SPICA


Morten Lund Jepsen

37

af fordamper overfladen. Som det ses på h-log-p diagrammet, er det ved kondensationen, at den

største energimængde kan hives ud af kølemidlet. Når kølemidlet er kondenseret, kræver det ikke

megen energi at hæve temperaturen. Dette resulterer i en dårlig virkningsgrad på fordamperen, både

fordi det, som beskrevet, kræver meget lidt energi at hæve temperaturen på det overhedede

kølemiddel, men også fordi temperaturdifferensen mellem indsuget luft og køleflade bliver for lille.

Temperatur ind og især ud af kompressoren, ser yderst fornuftige ud.

Figur 19 - H log P diagram for R134a

6.3 Validering Målingerne er forbundet med en ret stor usikkerhed. Det er dog af forfatterens overbevisning, at

målingerne er tilstrækkelig valide til, at danne grundlag for en vurdering, af dette anlæg. DanPilots

flåde består primært denne type anlæg, dog med forskellig udformning og placering. Målingerne er

foretaget under meget lav termisk belastning, hvilket kan påvirke anlæggets drift, som er

dimensioneret og indstillet til en given drift.


Morten Lund Jepsen

38

Ventilationsmålingerne er foretaget ved, så vidt det har været muligt, at måle inde i rør og så tæt på

udblæsning/indsugning, som muligt. Målinger er foretaget over minimum 30 sekunder for at opnå

en stabil måling.

Måling på køleanlægget påvirkes af omgivelsestemperaturen. Ved måling af kolde rør vil målingen

påvirkes af den højere omgivelses temperatur. Det samme gør sig gældende på rør med høj

temperatur, da disse køles af luften. Det er derfor umuligt, med tang termometer, at måle den

faktiske temperatur på kølemidlet i rørene.

Det anses ikke for relevant at beskrive måleapparatets usikkerhed, da der i praksis er tale om langt

større usikkerheder ved selve målingen. Til målingerne er der anvendt et Testo 435 multiinstrument.

6.4 Delkonklusion Analysen af anlægget bidrager med viden til at vurdere det faktiske behov. Det faktiske behov kan

ikke vurderes alene på baggrund af denne analyse. Denne analyse estimerer blot anlæggets ydelse,

og det er kendt, at denne ydelse ikke er tilstrækkelig. Analysen kan derfor kun bruges til at opklare

om anlægget yder dét, den er dimensioneret til. Det må siges ikke at være tilfældet, og det kan

skyldes flere faktorer:

1. Den statiske overhedning er for stor. Problemet kan løses ved indstilling af eksisterende

expansionsventil, eller ved installering af elektronisk expansionsventil. Denne vil, i en hver

given driftssituation, sikre optimal udnyttelse af kølemidlet, se figur 21. Man er, ved en

manuelt indstillet expansionsventil, begrænset af den statiske overhedning. Idet man ikke

kan indstille den til grænsen ved max belastning, i så fald vil man risikere væskeslag i

kompressoren, se figur 20.

Figur 20 MSS kurve for expansionsventil (Danfoss.dk 2013)


Morten Lund Jepsen

39

Figur 21 - MSS kurve for elektronisk

expansionsventil (Danfoss.dk 2013)

2. Køleanlægget strækker sig over en stor del af skibet. Dette forårsager et tab i rør, hvilket

ikke bør være et problem, såfremt disse er dimensioneret korrekt. Det skal tilføjes, at ikke ét

kobberrør er forsynet med isolering. Dette vil, ved høje maskinrumstemperature, give

unødig overhedning af lavtrykstilbageløb samt opvarmning af højtryksfremløb, og dermed

forårsage en forringet virkningsgrad.

Det er interessant at se på, at anlægget yder 4,5 kW og opretholder ved maximal køling, kun en

indendørs temperatur på 22,8° C ved en udetemperatur på 20,7° C. Det termiske indeklima belastes

under målingerne kun af elektrisk udstyr, varme fra maskinrum og sollys. Varmetransmissionen er

tæt på nul i hvert fald, når der kigges luft temperatur differensen. Solen kan opvarme skibets

overflade, og der kan derfor argumenteres for at anvende en ækvivalenttemperaturdifferens i stedet

for lufttemperaturdifferensen ved energibalanceberegning. Det er også interessant i forhold til den

udregnede solindstråling på 8,1 kW, da det på dagen var overskyet, og der derfor også kan

argumenteres for, at belastningen har bestået af solindstråling med tilhørende reduktionsfaktor.(Ole

B. Stampe 1996)


Morten Lund Jepsen

40

Kapitel 7 - Løsningsforslag Dette afsnit vil fremstille et løsningsforslag, som vil tilfredsstille de opstillede krav. Til at finde en

løsning vil værktøjer fra rapporten blive brugt. Rapporten vil ikke belyse alle løsninger, da disse er

mangfoldige. Det vil tilstræbes, at løsningen løser så mange af de udfordringer det eksisterende

anlæg har, som muligt med hensyntagen til økonomi, virkningsgrad og installation.

7.1 Opsummering Anlæggene ombord virker, men yder ikke tilstrækkeligt. De eksisterende anlæg har været forsøgt

optimeret af flere omgange, men uden held. Der har været problemer med både termisk og i nogen

grad atmosfæriskindeklima. Dette projekt har sit primære fokus på det termiske indeklima, at

løsningen tilgodeser begge problemstillinger vil være at fortrække. Der er nødvendigvis ikke kun én

løsning, som alene er den rigtige, men en samlet løsning som kan inkludere flere tiltag. Disse tiltag i

kombination vil blive beskrevet, som en samlet løsning, i det endelige løsningsforslag.

7.2 Fokus Kort ridses fokus punkter op for henholdsvis køle og varme delen. Løsningen skal behandle begge

problemstillinger, men disse har forskellige udfordringer og dermed et differentieret fokus.

7.2.1 Køl

Det primære fokus ved køleopgaven er at opnå komforttemperatur en sommerdag. Dette er ikke

muligt i dag på grund af dårlig virkningsgrad på eksisterende anlæg og stor påvirkning af ude

temperatur samt solindfald. Sekundært fokus er den fremtidige drift, altså driftssikkerheden. Det er

at foretrække at finde en løsning med høj grad af enkelthed og dermed nedbringe service,

vedligehold og driftsomkostninger.

7.2.2 Varme

Varmen i styrehuset er i dag tilstrækkelig, men økonomien er særdeles ringe. Dette er ikke et

problem i forhold til komforten, men det vil have fokus i løsningsforslaget.

7.3 Brainstorm Brainstormen vil blive ridset op i punktform og en skitse, se figur 22, som illustrerer tankerne

visuelt. Derefter vil de bedste idéer uddybes. Fremgangsmåden vil bestå i tre faser.

1. Fasen hvor alt er tilladt, idéerne begrænses ikke af økonomi, tilgængelighed og relevans.

2. Her vælges de idéer, som vurderes relevant og umiddelbart synes realistiske.

3. De valgte idéer undersøges i forhold til økonomi, tilgængelighed og kvalitet. På baggrund af


Morten Lund Jepsen

41

denne undersøgelse, opstilles for/imod og en begrundet udvælgelse kan finde sted.

Brainstormen er lavet på baggrund af den viden der er tilegnet i gennem rapporten. Inspiration til

brainstormen er hentet flere steder. Tekniskansvarlige Michael Sørensen og Tom Paulsen hos

DanPilot har hver haft deres fokus punkter og idéer til en løsning. Bådsmændene, som har ”hands

on” og står for driften af bådene, har ligeledes gjort deres tanker. Professionelle folk, fra Fiskeriets

Arbejdsmiljøråd og kølemontør fra eksterne firmaer, er også kommet med udtalelser, som bidrager

til idégenereringsfasen.

7.3.1 Fase 1

Kombineret løsning med split anlæg. Samme konvektor sommer og vinter.

o Luft til luft.

o Vand til luft.

o Vand til vand, med chiller anlæg.

Udskiftning af el-patroner til oliefyr.

En separat varmepumpe til varme.

o På skibet

o Udenfor skibet, placeret på kajen.

Separat aircondition.

o Samlet enhed placeret på taget, luft til luft.

o Samlet enhed placeret i kabinen, med søvandskøling.

Frikøling med udnyttelse af søvandet i forsommeren.

Installering af varmeveksler, som udnytter spildet fra luftskiftet.

Efterisolering af vægge.

Solfilm monteret indvendigt på vinduer.

o Meget toning agter og øverste vinduer.

o Let toning i udkigsvinduer.

Solgardiner indvendigt for vinduer.

Samlet chiller anlæg, med køleanlæg og oliefyr.

Stopper al drift når motorerne ikke er startet, anlæg kun drevet af skibets udstyr.

o Som i en bil, remtrukket kølekompressor og varme fra motor.

El-radiatorer, i stedet for et vandbåret system.


Morten Lund Jepsen

42

Termisk Indeklima

KølVarme

Split anlægOliefyr

Varmepumpe

Aircondition

Frikøling

Genindvending

Solfilm

Solgardiner

Ekstra

Isolering

El-radiator

Figur 22 - Brainstorm

7.3.2 Fase 2

1. Første løsning der ses realistisk og særdeles interessant, især når der kigges på

driftsøkonomi og virkningsgrad, er et split-anlæg. Denne type anlæg udnytter

varmepumpeteknologiens fordele. Søvand vil sørge for en særdeles god virkningsgrad i

sommerperioden, og i vinterperioden vil virkningsgraden nemt kunne hamle op med

elvarme.

2. Den anden løsning, som udvælges, er et luft til luft airconditionanlæg monteret på taget.

Denne er let at installere, da det er en samlet enhed med få tilslutningskomponenter.

3. Solfilm og/eller kombineret med solgardiner, er en prisbillig og en, efter analysen, meget

effektiv løsning, til at nedsætte behovet for køling.

4. Efterisolering af vægge.

5. Oliefyr som primær varmekilde i land.

7.3.3 Fase 3

Løsning 1 – Split-anlæg

Anlægget vil i opbygning ligne eksisterende split-airconditionanlæg på markedet. Problemet er at

tilgængeligheden af et splitanlæg, som er væskebåret, er meget begrænset. Markedet er undersøgt

og priserne starter, ifølge Webasto og Weaco, på ved +100.000 kr. Dette fordi anlægget skal bygges


Morten Lund Jepsen

43

specielt til skibet. Der er ingen tvivl om, at denne type anlæg vil have en god virkningsgrad. Her

skelles til eksempelvis jordvarme, som har lignende driftskonditioner. Et split-anlæg, opbygget med

mulighed for frikøling om foråret, vil udnytte det maximale af naturens resurser og det er

forfatterens overbevisning, at det er den bedste løsning med den tilgængelige teknologi, der i dag er

til rådighed.

Figur 23 - Køleanlæg med frikøling (Unicool.dk 2013)

Denne tegning illustrerer rigtig godt princippet i frikøling. Ved at anvende søvand i stedet for luft,

vil man en stor del af foråret og sommeren, have let tilgængelig og gratis køling. Ved at tilføje

anlægget muligheden for at vende processen via en firevejsventil, kontraventiler og et ekstra sæt

expansionsventiler, vil skibet være i stand til at virke med ét samlet anlæg, se bilag 5.

Anlægget findes ikke som hyldevare og vil skulle bygges fra bunden, hvilket fordyrer projektet

markant. Der er ligeledes en del udfordringer forbundet med denne type anlæg. Fx er de mest

almindelige kompressorer 230 Volt AC, hvilket er en stor udfordring for skibet, når det er i søen.

Ved landstrøm er der ingen problemer, men skibet er kun forsynet med 24 Volts DC generatorer. Al

230 Volt generes altså af inverterer, når skibet sejler. Invertere er ikke i stand til, at håndtere de

startstrømme en varmepumpe kan udsætte det for. Phonix, som sælger og producere invertere, samt

Dometic, som producere 230 Volt varmepumper, udtaler entydigt, at 230 Volt ikke er en løsning.


Morten Lund Jepsen

44

Denne kommentar er fået på mail gennem tredjepart via kontakt til sælger Hasse Helms. Når ”han”

omtales, så refereres der til undertegnet.

”Skal der anvendes 230 Volt til denne type anlæg skal båden forsynet med sit eget

generator anlæg. Alle vores enheder er 230V og kræver en del kapacitet til rådighed.

Der skal helst være et ordentligt generator anlæg. Den enhed han forespørger bruger

ved start peak 61,1 amp i 40 ms, derefter 45 amp i 300 ms. Ved drift 9,2 amp. Hans

løsning med inverter går ikke.” (Ukendt 2013)

Denne løsning vil altså kræve installation af generator. Alternativt skal kompressoren drives af 24

Volt DC motor. Disse findes, men markedet er tilsyneladende begrænset. Skal kompressoren drives

udelukkende af skibets fremdrivningsmaskineri, vil der i vinterperioden opstå problemer i

vinterdrift, idet skibet ønskes sejlklart på få minutter.

For I mod

Drifts omkostninger Installations omkostninger

Egnethed Tilgængelighed

Virkningsgrad Vinterdrift

Løsning 2 – Luft til luft tagløsning.

Anlægget er tilgængeligt på markedet, dog med få udbydere. Mange laver denne type anlæg til

busser i alle størrelser, disse er dog ikke bygget til maritimt brug. Når kondensatoren er placeret i

det fri på en hurtiggående motorbåd, som lodsbådene, vil de blive udsat for en del saltvand.

Lodsbådene begrænses ikke af dårligt vejr, og det resulterer i et ekstremt hårdt miljø udvendigt på

båden. Havde driftsbetingelserne været anderledes kunne et sådan anlæg modificeres til maritimt

brug. Igen er begrænsningen 230 Volt AC, som ikke er en mulighed med nuværende elforsyning.

Der undersøges muligheder for 24 Volt og anlæg trukket af bådens motorer. Det optimale vil være

en samlet enhed, der let kan installeres.

Der findes et komplet anlæg til 24 Volt, som monteres på taget. Dette indeholder alt, der skal ikke

eksterne aggregater til med undtagelse af en luftfordeler/dyse i kabinen. Al elektronik, køleflade,

kondensator, kompressor og små komponenter er installeret i denne boks. Boksen er ligeledes

æstetisk vel proportioneret. Det er ikke uvæsentligt, at anlægget som monteres uden på båden, ser


Morten Lund Jepsen

45

godt ud.

For implementering af denne type anlæg, er der nogle faktorer som skal undersøges. Er

elforsyningen tilstrækkelig? Hvad er installationsomkostningerne?

Disse faktorer er undersøgt for at vurdere for og i mod på et solidt grundlag samt lave en del af

forarbejdet til en eventuel implementering.

Elforsyningen er med lodsbåden nuværende elforsyning og forbrug (Bilag 6), i stand til at håndtere

den nominelle belastning anlægget forbruger ved drift (bilag 7). Her er tale om en elforsyning på 2

x 120 Ampere, altså samlet 240 A. Lodsbåden bruger ved drift 130 A, det efterlader et overskud på

110 A. Det pågældende anlæg forbruger nominelt 33 A, det efterlader et overskud på elforsyningen

på 77 A. Det efterlader båden med en elforsyningen der er 32 % større end det maximale forbrug.

Det er forfatterens vurdering, at det er acceptabelt niveau. I land er lodsbåden forsynet med en

Phoenix Multi Plus Inverter/Charger der kan lade med op til 70 Ampere, se Bilag 8. Dette betyder,

at der ved nominel drift, er et overskud på 7 Ampere. Her kan argumenteres for at lave en

overvågning, eller at man på anden måde sikre sig, at batterierne ikke drænes ved kontinuerlig drift

af udstyr i havn.

Anlægsprisen ligger på 5600 Euro, jævnfør listeprisen fra sælger i Holland. Undertegnet har været i

dialog med sælger, og en mængde rabat vil kunne komme på tale.

Jf. mailkorrespondance med Othni Rigot, fra EBERCA B.V. i Holland, er følgende tilbud givet:

“The list price of the Seamach 24VDC rooftop unit is € 5.600,00 excluding 21% VAT.

The mounting and plenum kit costs € 100,00 excluding 21% VAT. If you are a

boatbuilder or company and you want to use this product for serial production we will

make you an offer with proper discount.” (Othni Rigot 2013)

Her er altså tale om en max indkøbspris på ca. 42.000 kr. Hertil skal ligges arbejdstid til

monteringen og et monteringskit til 100 euro. Anlægget kræver et hul i taget på 505m x 511mm,

hvor der skal trækkes kabler og anlægget skal fastgøres. Dette arbejde vil blive udført af lokale

håndværkere, med en estimeret tid på 10 mandetimer a 495 kr. ex.moms pr time, jf. 2012 timepris

hos ”Industri & Marine Elektrik” i København, vil en samlet installationspris blive 4950 kr.

ex.moms. Driftskonditioner på nominelt 33 A og 24 V giver et nominelt forbrug på ca. 800 Watt.


Morten Lund Jepsen

46

Det skal tilføjes at anlægget primært er i drift ved sejllads hvor elforsyningen er ”gratis”.

Det skal nævnes, at denne løsning kun kan anvendes sammen med det eksisterende anlæg. Denne

tagmodel kan kun køle, den tilfører ikke frisk luft. Desuden er kapaciteten på 14.000 Btu svarende

til 4,1 kW, det er ikke nok til at køle båden hen over sommeren. Derfor vil anlægget skulle fungere

som et supplement, til det eksisterende klimaanlæg.

For I mod

Tilgængelighed Løser kun køleopgaven

Installering Kun supplerende køling

Vedligehold

Brugervenlighed

Løsning 3 – Solfilm

Solfilm går i en anden retning, end de hidtil beskrevne løsninger. I stedet for at øge køleeffekten vil

solfilm reducere behovet. Solfilm finder anvendelse i en lang række sammenhænge. Mange

kontorbygninger, busser og yachter er forsynet med solfilm, og erfaringerne er rigtig gode.

Solfilm findes i rigtig mange typer og til at vurdere solfilm som en løsning, er det nødvendigt at

have et overordnet kendskab til disse typer. Der findes grundlæggende tre typer; polyester,

metalliseret og carbon teknologi. Den teknologi, som finder bedst anvendelse ombord på skibe, er

carbon teknologi. Denne yder producenterne livstids garanti på og har fordele, som den

metalliserede udgave ikke kan hamle op mod. Carbon teknologien kan reducere

varmegennemgangen til 44 % og stadig lade 70 % lys gå igennem (rudetoning.dk 2013). Dette vil

jf. lodsbådsanalysen reducere kølebehovet med 4 kW.

Permanent installerede solfilm på ruderne vil imidlertid ikke blive behandlet yderligere, idet de jf.

kapitel 7, Regel 22, 1.9.3 Bekendtgørelse om Meddelelser fra Søfartsstyrelsen E, ” ikke må

monteres polariserede og farvede vinduer”. Denne regel gælder for skibe over 24 meter, men efter

mundtlig dialog med søfartsstyrelsen, forbydes disse også i lodsbåde!

Der arbejdes dog videre med idéen om at reducere solindfaldet. Idet solen udgør en meget stor del

af belastningen ombord på lodsbåden, vil det være det allermest nærliggende sted at forebygge, se


Morten Lund Jepsen

47

figur 24.

Figur 24 - Belastning Sommer, uden forbedringer.

Et alternativ til solfilm er solgardiner. Disse er lovlige ombord på skibe og findes i dag på mange

handelsskibe. Disse har den fordel, at man ved overgangen til nat kan rulle dem op. Ligeledes vil de

have en energimæssig positiv effekt. I de kolde måneder vil man kunne rulle op og drage nytte af

den solvarme, der er til stede. Dette er langt mere fleksibelt end solfilm.

Der findes en lang række solgardiner på markedet. Til vurdering af solgardiner som løsning, er et af

de førende producenter på markedet blevet kontaktet. På dette skema er listet de typer solgardiner

Sunflex fører.

”Den hyppigst brugte model ombord på skibe er af typen BB, med bronze farve indvendigt såvel

som udvendigt.” (Nikolaj Hansen 2013). Denne type vil reducere solvarmen med 60 %, svarende til


Morten Lund Jepsen

48

en reduktion i kølebehovet på 4,8 kW (Bilag 2). Hertil kan lægges komforten for besætningen, som

vil opleve indeklimaet som langt mere behageligt.

Her er det relevant at huske teorien omkring den operative temperatur. Den operative temperatur er

en middelværdi, mellem middelstrålingstemperaturen og den målte lufttemperatur.

Middelstrålingstemperaturen vil reduceres af solgardinerne, hvilket vil muliggøre en højere

lufttemperatur og samtidig opretholde en komfortabel operativ temperatur, se formel.

Den helt konkrette reduktion af middelstrålingstemperaturen er ikke undersøgt. Effekten er dog

veldokumenteret af tidligere skema, men også positive erfaringer fra kommercielle skibe, bakker

påstanden op, om god virkningsgrad.

For I mod

Ingen energi forbrug

Virkningsgrad

Løsning 4 – Oliefyr som primærvarmekilde

Det undersøges hvorvidt det er rentabelt, at udskifte nuværende elvarme ud med oliefyr. Elvarmen

består i dag af to stk. el patroner af hver 6 kW, til opvarmning af båd og kabine, samt to el patroner

på 500 W, én på hver fremdrivningsmotor, altså en samlet Elvarme effekt på 13 kW. Denne el-

effekt kommer i dag fra landstrøm og anvendes kun i havn. Det vurderes at den nuværende

varmeeffekt er tilstrækkelig, hvorfor et oliefyr vælges ud fra en minimums effekt på 12kW.

På baggrund af de enkelte oliefyrsproducenters oplysninger om effekt og forbrug udregnes en

”kr/kWh-pris”, som er sammenlignelig med elprisen. Hertil kommer løbende vedligehold, som

estimeres på baggrund af producentens udtalelser og Danpilots erfaringer. Produktet har en

forventet levetid på ca. 6000 timer(1-2år), hvorefter det forventes at en reservedel til 4000 kr skal

skiftes. (Niels Christiansen 2013). Danpilot har ved installationen af oliefyr på L/F Mars, haft

vedligeholdelsesudgifter på 1000 kr/år. Så det vurderes, at der vil være løbende vedligehold på 2000

kr/år. Der hentes tilbud fra forskellige producenter, valgt ud fra tilgængelighed, forbrug, udstyr og

størrelse.


Morten Lund Jepsen

49

Farbrikat Model kWh/år kr/kWh kr/år l/år

sparet pr.

år stk.pris

NRGi Grundlast 6.166 1,000 6.166 n/a 0 n/a

NRGi El varme 39.043 1,000 39.043 n/a 0 n/a

Eberspächer M-II 12 39.043 0,679 26.505 4.819 6.371 9.384

Eberspächer L16 39.043 0,688 26.842 4.880 6.034 17.313

Stroco 15M 39.043 0,645 25.180 4.578 7.696 12.495

Webasto DBW 39.043 0,683 26.677 4.851 6.199 30.766

Kabola HR 400 45.056 0,688 30.976 5.632 1.901 ?

Kabola E14 39.043 0,692 27.029 4.915 5.847 ?

Skemaet viser en sammenligning af den nuværende elvarme samt seks forskellige oliefyr. Øverste

linje viser grundlasten uden elvarme dokumenteret af L/F Mars. Elvarme forbruget i kWh pr. år er

ligeledes dokumenteret af L/F Mars.(Ole Peter Hansen 2013)

Det er tidligere blevet undersøgt, hvorvidt installation af et oliefyr er rentabelt, hvor resultatet blev

negativt. Dette har især en primær årsag; de brugte mere varme efter installationen af oliefyret, dette

medførte et merforbrug, som ikke er sammenligneligt med tidligere års elforbrug. Dertil kommer en

ret stor investeringspris på 70.000 kr. For at vurdere på samme vilkår som DanPilot opstilles

ligeledes en investerings kalkule for at finde nettonutidsværdien. Der tages udgangspunkt i oliefyret

M-II 12 fra Eberspächer.(Eberspächer.com 2013)


Morten Lund Jepsen

50

Parametre Parametreværdier

Investering [kr] 30.000

Besparelse [kr/år] 6.371

Diesel pris [kr] 5,5

El pris ekskl afg. [kr] 1

Årligt vedligehold [kr] 2.000

Kalkulationssrente [%] 5

Levetid [år] 10

Nettonutidsværdi [kr] 8.391

Kommentar: Idet nettonutidsværdien er positiv, vil denne investering godt kunne betale sig.

Kalkulationsrenten er valgt på baggrund af finansministeriets retningslinjer for offentlige

virksomheder. El- og dieselprisen er valgt på baggrund undersøgelsen af L/F Mars.

Sammenligningen forudsætter, at varmeforbruget er det samme, om det er el- eller oliefyrsvarme.

Investeringen på 30.000 kr vurderes ud fra den kendte indkøbspris på fyret, samt et overslag på en

installation. Samlet investering/installationsomkostninger må ikke overstige 38.400kr, hvis den skal

være rentabel ud fra disse parametre!

For I mod

Tilgængelighed Begrænset virkningsgrad

Erfaringsgrundlag Vedligehold

Lokal forurening

Et oliefyr er set rigtig mange steder, og erfaringen med disse anlæg har været rigtig gode. Oliefyret

kan kun lige hamle op med elvarme fra varmepatroner, hvor den udkonkurreres fuldstændig af

nyere teknologier, fx varmepumper.

Løsning 4 – Ekstra isolering

Det fremgår af lodsbådsanalysen, at isolering har en særdeles positiv effekt på energibalancen for

lodsbåden, det gør sig gældende både sommer og vinter. Isolering kan fås i mange afskygninger,


Morten Lund Jepsen

51

men til maritimt brug er brandsikkerheden vægtet højt, hvorfor glasuld er valgt. Glasuldsisolering

produceres i mange afskygninger. Det vil ikke udspecificeres her præcis hvilken type isolering der

vælges. Fælles for dem alle er en lav varmeledningsevne.

En variabel parameter i analysen, er isoleringstykkelsen. Her er det tydeligt, at blot meget få mm

isolering har en markant effekt på lodsbådens klimaskærm. Udviklingen er med andre ord

eksponentiel med isoleringstykkelsen som eksponent.

Figur 25 - Effekten af isolering

Ud fra figur 25 vil man, under hensyntagen til økonomi og pladsforhold, kunne vurdere effekten af

en given isoleringstykkelse. Pladsforholdene på skibet er i høj grad en faktor for

isoleringstykkelsen. For uden på isoleringen vil det være nødvendigt med et lag, der beskytter

isoleringen og sørger for at æstetikken i båden bibeholdes. Det vil være op til diskussion at vælge

isoleringstykkelsen, men det ses at omkring 5 mm knækker kurven og efter 15 mm bliver kurven

for alvor flad. Så der kan argumenteres for at valget falder på maximalt 15 mm, idet det er de første

mm af isoleringen der har størst effekt.

For I mod

Ingen energi forbrug Pladsforhold

Virkningsgrad Installering

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

0 5 10 15 20 25 30

Effekten af isolering

reduktion [%]

Isolering [mm]


Morten Lund Jepsen

52

Kapitel 8 – Valg af Løsning Opgaven er at sikre det termiske indeklima. Det termiske indeklima lider primært i sommerhalvåret,

hvor vinterhalvårets primære problem er driftsøkonomi. For at begrænse løsningsforslaget vil det

derfor vægtes at løse det termiske indeklima i sommerhalvåret. Sommerhalvåret præges af høje

temperaturer, som ikke kan nedbringes af det eksisterende anlæg.

Som nævnt tidligere er løsningen ikke at udpege et af disse 4 løsningsforslag, men derimod at

komme med et samlet oplæg, til at løse opgaven. Oplægget vil bestå af flere løsningener, som til

sammen udgør et løsningsforslag.

Det formodes at solgardiner og efterisolering er de bedst rentable. Disse er engangsinvesteringer og

forventes at have en lang levetid. Der er ikke hentet priser på disse løsninger, da sådanne priser

udregnes efter bådens specifikke udformning og altså ikke en listepris. Et estimat ud fra reducering i

energiforbrug, giver en pejling, om hvorvidt investeringen er fornuftig. Idet der ingen

driftsomkostninger er forbundet med denne type komponenter, kan den pejling anses som værende

valid nok til at være investeringsgrundlag.

Det vurderes på baggrund af lodsbådsanalysen, at disse to tiltag ikke er tilstrækkeligt for at opnå

tilfredsstillende termisk indeklima. Valget er indsnævret til to muligheder, som går i hver sin

retning. Løsning 1, som står for etablering af et komplet nyt anlæg. Løsning 2, som vil supplere det

eksisterende anlæg.

Det eksisterende anlæg er, som bekendt, indbygget og formår ikke at yde tilstrækkeligt. Dette kan

skyldes flere faktorer, som beskrevet i rapporten (Kapitel 6 - Målinger). Løsning 1 vil, uden at have

de eksakte tal, løbe op og blive en omkostningsfuld installering. Man vil samtidig skulle overveje

forbedringer af atmosfærisk indeklima, støj niveau, driftsøkonomi og rigtig mange andre ting. Det

er med andre ord en stor opgave, når det kommer til at dimensionere og implementere et anlæg til

denne skibstype.

Valget af løsning skal baseres på tidligere udtalelser, som økonomi, virkningsgrad,

installationsmuligheder og tilgængelighed af produktet.


Morten Lund Jepsen

53

Løsning 2 – Tag luft til luft

For I mod

Tilgængelighed Løser kun køleopgaven

Installering Kun supplerende køling

Vedligehold

Brugervenlighed

Løsning 1 – Reversible anlæg

For I mod

Drifts omkostninger Installations omkostninger

Egnethed Tilgængelighed

Virkningsgrad Vinterdrift

Begge løsninger har nogle rigtige gode argumenter, der taler for dem. De ”imod” parametre, der

udelukker den ene løsning, er ringe tilgængelighed og høje installations omkostninger. Løsning 1 er

med andre ord udelukket.

Løsning 2 med tagmonteret luft til luft anlæg er ud fra de opstillede krav den mest anvendelige til at

løse det primære problem i dette projekt, nemlig det termiske indeklima.

Figur 26 - Luft til luft tagløsning fra MarvAir (MarvAir 2013)


Morten Lund Jepsen

54

Kapitel 9 - Konklusion Projektet er lavet i forlængelse af bachelorpraktik afviklet ved DanPilot. DanPilot har en flåde

bestående af 30 motorbåde placeret 22 forskellige steder i landet. DanPilot har lodspligten i

Danmark, som gør at deres flåde skal være sejlklar alle døgnets 24 timer. Bådene opererer under

alle forhold, selv de mest vanskelige vejrbetingelser.

DanPilot har længe forsøgt at løse deres massive indeklima problemer om bord på deres flåde.

Bådene er fra fabrikken opbygget med et integreret klimaanlæg, hvilket ifølge DanPilot aldrig har

virket tilfredsstillende. Deraf udspringer problemformuleringen.

- Hvordan sikres det termiske indeklima ombord på lodsbåden Spica?

Problemstillingen analyseres gennem rapporten, her med fokus på en energibalance af lodsbåden

Spica. Klimaskærmen klarlægges og et teoretisk behov udregnes. Dernæst analyseres eksisterende

klimaanlæg for at danne grundlag for et løsningsforslag. Til fremstilling af en energibalance,

analyseres og vurderes på en lang række faktorers betydning for det termiske indeklima. Herunder

varmetransmission, solvarme, luftskifte og elektriske komponenter.

Løsningen på problemstillingen vurderes gennem en omfattende brainstorm og deraf afvejning af

fordele og ulemper på udvalgte løsningsforslag. Ved en mere detaljeret gennemgang af

løsningsforslagene udvælges et samlet oplæg til en løsning. Her konkluderes, at den endelige

løsning skal bestå af tre tiltag. De tre tiltag deles op i to grupper, én der reducerer behovet for

køling/varme og én der øger den nuværende kølekapacitet. Ved at installere ekstra isolering

reduceres belastningen fra varmetransmission markant. Samme effekt gør sig gældende ved

installering af solfilm, her vil behovet for køling også reduceres markant. Tredje løsning er en

forøgelse af aircondition kapaciteten via at tagmonteret luft til luft anlæg. Løsningsforslaget er ikke

fyldest gørende, men vil ved implementering supplere og danne grundlag for et valg af

komponenter til optimering af det termiske indeklima.


Morten Lund Jepsen

55

Litteraturliste

Bøger: Ole B. Stampe 1996, Ventilations Ståbi, Henning Hørup Sørensen, Teknisk Forlag, København,

s.61.

Aage Bredahl Eriksen, Søren Gundtoft, Aage Birkkjær Lauritzen 2007, 9 Varmetransmission,

Termodynamik 2. udgave, Thomas Rump, Nyt Teknisk Forlag, København, s. 201.

Henning Hørup Sørensen 1998, Håndbog i industriventilation, Thomas Rump, Teknisk Forlag,

København s. 11.

Internet: Statens Byggeforskningsinstitut, http://www.sbi.dk/byggeteknik/bygningsdele/vinduer-dore-og-

glas/anvisning-glas-i-byggeriet/pavirkninger-og-egenskaber 2006, [senest tilgået d. 14/12/2013]

Arbejdstilsynet ”Temperaturfald”, http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/laes-

ogsaa/maling-og-vurdering-af-indeklimaet/5-temperaturforhold.aspx [senest tilgået d.14/12/2013]

Arbejdstilsynet ”Temperatur i arbejdsrum på faste arbejdssteder”, At-vejledning A.1.12,

http://arbejdstilsynet.dk/da/regler/at-vejledninger-mv/arbejdsstedets-indretning/a-1-12-temperatur-i-

arbejdsrum/a112-temperatur-i-arbejdsrum.aspx 2005, [senest tilgået d. 14/12/2013]

Arbejdstilsynet ”Luftfugtighed”, http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/laes-ogsaa/maling-

og-vurdering-af-indeklimaet/15-luftfugtighed.aspx [senest tilgået 14/12/2013]

Arbejdstilsynet ”Hvor varmt må det være”,

http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/indeklima/sporgsmal-og-svar/hvor-varmt-ma-der-

vaere.aspx [senest tilgået d. 14/12/2013]

Energi Wiki, ”Glas og termoruder”, http://energiwiki.dk/index.php/Glas_og_termoruder 2013,

[senest tilgået d. 14/12/2013]

I-X diagram, http://www.condair.dk/downloads/i-x-diagram.aspx [senest tilgået d. 14/12/2013]

Bekendtgørelse om opholdsrum m.v. i skibe,

https://www.retsinformation.dk/Forms/R0710.aspx?id=64240 [senest tilgået d. 14/12/2013]

Solar Radiation,

http://ocw.usu.edu/forest__range__and_wildlife_sciences/wildland_fire_management_and_plannin

g/Unit_4__Temperature-Moisture_Relationship_1.html-skinless_view.html 2011, [senest tilgået d.

14/12/2013]

Solar Power, http://www.mpoweruk.com/solar_power.htm 2005, [senest tilgået d. 14/12/2013]

Solindfald gennem vinduer,

http://www.sbi.dk/byggeteknik/bygningsdele/vinduer-dore-og-glas/anvisning-glas-i-byggeriet/pavirkninger-og-egenskaber

http://www.sbi.dk/byggeteknik/bygningsdele/vinduer-dore-og-glas/anvisning-glas-i-byggeriet/pavirkninger-og-egenskaber

http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/laes-ogsaa/maling-og-vurdering-af-indeklimaet/5-temperaturforhold.aspx

http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/laes-ogsaa/maling-og-vurdering-af-indeklimaet/5-temperaturforhold.aspx

http://arbejdstilsynet.dk/da/regler/at-vejledninger-mv/arbejdsstedets-indretning/a-1-12-temperatur-i-arbejdsrum/a112-temperatur-i-arbejdsrum.aspx

http://arbejdstilsynet.dk/da/regler/at-vejledninger-mv/arbejdsstedets-indretning/a-1-12-temperatur-i-arbejdsrum/a112-temperatur-i-arbejdsrum.aspx

http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/laes-ogsaa/maling-og-vurdering-af-indeklimaet/15-luftfugtighed.aspx

http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/laes-ogsaa/maling-og-vurdering-af-indeklimaet/15-luftfugtighed.aspx

http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/indeklima/sporgsmal-og-svar/hvor-varmt-ma-der-vaere.aspx

http://arbejdstilsynet.dk/da/arbejdsmiljoemner/indeklima/sporgsmal-og-svar/hvor-varmt-ma-der-vaere.aspx

http://energiwiki.dk/index.php/Glas_og_termoruder

http://www.condair.dk/downloads/i-x-diagram.aspx

https://www.retsinformation.dk/Forms/R0710.aspx?id=64240

http://ocw.usu.edu/forest__range__and_wildlife_sciences/wildland_fire_management_and_planning/Unit_4__Temperature-Moisture_Relationship_1.html-skinless_view.html

http://ocw.usu.edu/forest__range__and_wildlife_sciences/wildland_fire_management_and_planning/Unit_4__Temperature-Moisture_Relationship_1.html-skinless_view.html

http://www.mpoweruk.com/solar_power.htm


Morten Lund Jepsen

56

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:FOI7WU4mDUMJ:www.byg.dtu.dk/~/me

dia/Institutter/Byg/publikationer/lfv/lfv/lfv_013.ashx+&cd=8&hl=da&ct=clnk&gl=dk 1966, [senest

tilgået d. 14/12/2013]

Solindstråling på vandret flade, beregningsmodel,

http://www.soldata.dk/%5CMEDDELELSER%5CSolens%20globalstr%C3%A5ling.pdf [senest

tilgået d. 14/12/2013]

Unicool, http://www.unicool.dk/Produkt/Frikoeling.pdf [senest tilgået d. 14/12/2013]

Rudetoning, http://www.rudetoning.dk/solfilm_.html [Senest tilgået d. 14/12/2013]

Bilag findes bagerst.

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:FOI7WU4mDUMJ:www.byg.dtu.dk/~/media/Institutter/Byg/publikationer/lfv/lfv/lfv_013.ashx+&cd=8&hl=da&ct=clnk&gl=dk

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:FOI7WU4mDUMJ:www.byg.dtu.dk/~/media/Institutter/Byg/publikationer/lfv/lfv/lfv_013.ashx+&cd=8&hl=da&ct=clnk&gl=dk

http://www.soldata.dk/%5CMEDDELELSER%5CSolens%20globalstr%C3%A5ling.pdf

http://www.unicool.dk/Produkt/Frikoeling.pdf

http://www.rudetoning.dk/solfilm_.html

aarhus maskinmesterskole · 2013. 12. 15. · aarhus maskinmesterskole morten lund jepsen 2...

Documents